毕业设计读书笔记

J I A N G S U U N I V E R S ITY 读书笔记

专业：电气工程及其自动化

班级：电气1001

姓名：

指导教师姓名：

指导教师职称：讲师

2014年6月

书目名称：生物发酵罐集中控制系统的实现

作者及相关文献信息：

朱宇杜翠红，计算机系统应用2007年第12期。

文章摘要：

该文介绍了以西门子的S7-200可编程控制器（PLC）作为发酵罐的主控制器，利用传感器检测发酵过程动态数据，采用VC6.0作为开发工具设计上位机的监控程序，实现了上位机（PC）与可编程控制器（PLC）之间的数据通信，达到了多台发酵罐进行集中控制的目的。

要点记录：

发酵工业在大规模产业化之前需要科研人员进行大量的发酵条件的优化，因此需要多次采集数据。而本文设计的发酵罐集中控制系统可以实时监视控制系统发酵罐的作业，并且通过更直观的观察发酵罐中各参数的变化过程，从而大大提高工作效率，加速工业产业化的步伐。

该系统是由多台下位机PLC通过RS485端口进行连接，通过编程电缆和通信适配器将RS485转换为RS232串行端口与上位机PC连接，上位机与客户机通过网线相连。

该系统的软件系统主要分为三个部分：下位机子系统、上位机子系统和客户端子系统。其中下位机子系统的功能为：接受发酵罐采样数据、上传上位机采样数据、接收上位机命令及向发酵罐发送命令。上位机子系统的功能为：接收下位机采样数据、处理采样数据、向客户端发送采样数据、保存采样数据、接收客户端命令、命令打包、向下位机下发命令及异常处理。最后的客户端子系统的功能为：接收上位机采样数据、数据显示、历史数据调阅及向上位机下发命令。学习心得：

由于所选的论文课题中要求是实现对多台发酵罐的控制，因此我仔细阅读了这篇文献。这篇文献中设计的系统对多台发酵罐的控制是通过多台PLC之间互联，最终将数据传送到上位机中。这种设计能够最终完成要求的控制多台发酵罐的功能，但是由于这是有线的连接的通信，所以显得太冗杂，并且容易出现线路通断问题。

书目名称：基于 ARM的以太网通信程序的设计与实现

作者及相关文献信息：

吴婷婷，孙旭，谢兴红，侯富强，张稳，实验科学与技术2012年10月第10卷第5期

文章摘要：

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协标准，它可以实现各种设备间的数据的交换。而作为一种应用场合不断增加的嵌入式处理器，基于ARM的通信是必然趋势。该文设计实现了基于ARM的以太网通信，着重研究了ARM 开发板的通信程序。

要点记录：

以太网工作在数据链路层，通过不同的传输介质和冲突检测方法，为其上的网络层、数据链路层等提供高效的服务。而本文中的ARM的以太网模块能够实现将从传感器中采集得来的数据发送到客户端PC，客户端PC能够通过浏览器访问传来的数据。

TCP协议数据传输可分为：建立连接、传输数据和断开连接3个阶段。该设计中，服务器被动打开，一直在侦听连接请求，而客户端负责接收数据即可。

本系统中所采用的硬件是LPC2468芯片，CPU在上电后就要执行相应的起动程序，完成系统的起动和初始化，实现这些功能的代码用汇编语言写成。芯片级的程序设计以实现最基本的应用为原则，为其上的应用提供平台。

基于ARM的嵌入式系统以太网通信系统为系统的大型应用奠定了基础，具有广泛的前景。网络化的嵌入式产品的流行已成为一种不可抵挡的潮流。

学习心得：

本文中的系统实现了ARM与上位机PC之间的网络通信，代替了传统的有线通信方式。协议采用的是TCP协议，通过socket编程实现客户机与服务器之间的数据交换。以太网通信融入到嵌入式设备中，使其通信成为低成本、高可靠性、灵活性的过程。本文中我还学习到了网络通讯的多个网络层的状态和命令。

书目名称：工业生物发酵过程在线检测、建模、控制方法与应用研究

作者及相关文献信息：

张广辉，上海交通大学博士学位论文： 2006年3月。

文章摘要：

生物反应器为生物技术产业扩大在生产提供共性技术和关键技术，是生物技术产业化进程中最重要的实现环节之一，是生物学家和工程师之间的桥梁。针对生物发酵过程的检测技术、建模、以及先进控制系统设计等方面进行研究和设计，具有重要的理论意义和现实意义。

要点记录：

本文提出了一种生物发酵溶氧在线检测的温度补偿算法，并经过实验验证发现温度变化对溶氧传感器的输出电流的确有着巨大的影响。因此提出对溶氧测量温度进行补偿。除此之外，针对间歇生物发酵过程的温度建立了积分时滞动态模型。实验表明，二阶积分时滞模型可以非常的描述温度动态特性。

同时，针对间歇生物发酵过程的PH的非线性过程建立了变增益积分动态模型。并且对以上的积分时滞对象提出了满足时延裕度要求的控制器参数整定算法，从而应用于间歇生物发酵过程温度控制系统。

基于以上的理论创新研究，设计了基于嵌入式系统的间歇生物发酵两级计算机控制系统。该控制系统带有温度、PH、电机转速、补料、溶氧、消泡和水位等控制回路，并且带有上位机监控系统、远程监控、和先进的控制算法应用。

学习心得：

阅读该文，我学习了生物技术产业的发展过程，了解了生物技术产业在各个领域中的应用，并且知道了工业生物发酵过程中具体需要测量哪些参数以及这些参数的检测技术。

本文讲解了很多生物发酵数学模型，这些数学模型都能够很好地与实际试验的结果吻合。这些模型包括微生物生长动力学模型、营养底物消耗动力学模型和代谢产物生成动力学模型。

作者深入研究了溶氧在线检测技术，建立了生物发酵过程温度对象的动态模型、间歇生物发酵过程PH非线性对象的动态模型，并对时滞对象控制器进行了设计与参数整定。在这些基础上，设计了完整的生物发酵两级计算机控制系统。

书目名称：生物发酵技术与设备操作

作者及相关文献信息:

黄儒强李玲，化学工业出版社：2006年9月

文章摘要：

本书介绍了发酵生产相关的各方面的知识。

要点记录：

本书共分九章，介绍了与发酵生产密切相关的实验室和生产的安全知识、数据处理、培养基和菌种，以及生物发酵工艺和设备及参数测定等内容。该书还对对生物发酵制成品、生产原料和工艺流程及控制等环节进行了分析及讨论，部分内容是编者在生产实践中的研究成果，具有可操作性，以指导读者在接近生产实际的条件下进行生物工程实验和生产，较好地克服了理论与实践脱节的弊端。另外，结合发酵工厂“绿色环保”的实际需求，本书讲述了UASB反应器处理生物废水的相关内容。

本书从实验室安全知识开始，涉及了生物发酵过程中从菌种的选育到培养基的鉴别选择到发酵罐的操作等等全面的知识。其中还介绍了食醋、白酒等实际产品的具体发酵过程。

学习心得：

为了深入了解生物发酵工业、生物发酵的过程以及生物发酵的设备，我仔细地阅读了这本书。书中详细的介绍了生物发酵工业的培养基、菌种的制备与保藏、发酵罐操作与灭菌技术、生物发酵的工艺、发酵参数的测定和UASB反应器的启动与运行。让我对整个发酵工业有了一个整体而又细致的认识。

本书在生物发酵工艺一章中还详细介绍了各种贴近日常生活的产品的发酵，比如抗生素、酱油、有机酸、食醋、葡萄酒等等，让我对发酵过程有了更加浓厚的兴趣。

生物发酵过程参数的控制对发酵过程的产物有着巨大的影响，因此，阅读了此书之后我对发酵过程中各个参数的测定以及具体影响有了一个明确的认识。同时，不仅仅是发酵的过程，该书还详细介绍了从菌种的选育开始到最终发酵产品的出炉的一系列过程，以及工程中很多需要注意的细节。让我不仅从理论上，也从实际中感受到了整个的发酵过程。

书目名称：ARM体系结构与编程

作者及相关文献信息：

杜春雷，清华大学出版社，2003.2

文章摘要：

该书对ARM处理器的体系结构、指令系统、开发工具做了比较全面的介绍，并在此基础之上讨论了一些典型的基于ARM体系嵌入式应用系统设计时的基本技术。

要点记录：

ARM处理器共有7中运行模式：用户模式、快速中断模式、外部中断模式、特权模式、数据访问中止模式、未定义指令中止模式和系统模式。ARM指令集可分为跳转指令、数据处理指令、程序状态寄存器传输指令、Load/Store指令、协处理器指令和异常中断产生指令。ARM汇编语言源程序中语句由指令、伪操作和宏指令组成。

与其他的中、低档的单片机不同，ARM处理器中可以包含一个存储器管理不见，ARM存储系统的体系结构适应不同的嵌入式应用系统的需要差别很大。最简单的存储系统使用平板式的地址映射机制，而一些复杂的系统可能包括一种或者多种其它特殊的技术。ARM体系结构支持ARM程序和Thumb程序混合使用，同时支持C/C++以及汇编语言的混合使用。

ARM中各种源文件经过ARM编译器编译后生成ELF格式的目标文件。这些目标文件盒相应的C/C++运行时库经过ARM连接器处理后，生成ELF格式的映像文件。这种ELF格式的映像文件可以被写入嵌入设备的ROM中。

学习心得：

通过本书的学习，我对ARM的体系结构有了一个完整的了解，对它的编程技术也有了一定知识的积累。作者从处理器的模式、寄存器及其使用方式、ARM体系中异常中断处理等各个方面详细的介绍了ARM编程模型的基础知识。

对于ARM编程部分，我了解了ARM体系的指令系统及寻址方式，同时学习了ARM指令集以及Thumb指令集的相关内容。作者还从编译器等开始详细介绍了ARM 的编程方面的知识，最后还给出了几个完整的实例，使得我对ARM的编程过程有了更清晰的思路。